地鐵工程車制動(dòng)機(jī)自動(dòng)換端故障分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)

鄧宗群 毛金虎 李開(kāi)曄 楊智 謝軍威

摘 要：針對(duì)地鐵蓄電池工程車使用過(guò)程中出現(xiàn)的自動(dòng)換端不成功現(xiàn)象，首先介紹了工程車自動(dòng)換端控制原理，并結(jié)合工程車停放控制原理分析自動(dòng)換端失敗的原因，綜合考慮自動(dòng)換端的安全性和可靠性后提出了一種改進(jìn)方案。改進(jìn)后的自動(dòng)換端方案采用壓力傳感器采集的制動(dòng)缸壓力信號(hào)作為自動(dòng)換端的條件之一，既能保證自動(dòng)換端成功，又不影響制動(dòng)系統(tǒng)的安全性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)換端;工程車;控制原理;改進(jìn)

中圖分類號(hào)：U267.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）08-0057-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.08.016

0? ? 引言

自動(dòng)換端功能，即在受電弓不降弓、主斷路器閉合、壓縮機(jī)等設(shè)備持續(xù)工作的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換端作業(yè)，而且換端成功后自動(dòng)將受電弓、主斷路器、壓縮機(jī)等設(shè)備切換至操作端控制[1]。因此自動(dòng)換端將不再需要受電弓頻繁地降弓和升弓，可以有效避免在霧霾和雨雪天氣發(fā)生的車頂高壓設(shè)備霧閃接觸網(wǎng)斷網(wǎng)事故和受電弓凍結(jié)無(wú)法升起的事故，提高換端作業(yè)及轉(zhuǎn)線作業(yè)的效率[2]。

地鐵工程車的作用是在檢修基地牽引地鐵列車、平板車、鋼軌打磨車等進(jìn)行調(diào)車作業(yè)，或到正線牽引救援事故列車，如果不具備自動(dòng)換端功能，那么換端操作時(shí)司乘人員需在操作端降受電弓、斷主斷，然后到另一端重新升受電弓和合主斷，操作煩瑣。因此，目前地鐵蓄電池工程車設(shè)有自動(dòng)換端功能，但是地鐵工程車在使用過(guò)程中存在自動(dòng)換端不成功的問(wèn)題，給客戶的換端操作帶來(lái)不便。本文從自動(dòng)換端和停放制動(dòng)控制原理出發(fā)，分析了自動(dòng)換端失敗的原因，并提出了一種有效和可靠的自動(dòng)換端改進(jìn)方案。

1? ? 自動(dòng)換端控制原理

地鐵蓄電池工程車通過(guò)按司機(jī)室操作臺(tái)上的自動(dòng)換端按鈕激活“自動(dòng)換端”程序，之后只要同時(shí)滿足以下3個(gè)條件就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換端：

（1）司控器在“零”位，同時(shí)模式選擇開(kāi)關(guān)在“零”位，即無(wú)方向選擇信號(hào);

（2）機(jī)車處于靜止?fàn)顟B(tài);

（3）施加了停放制動(dòng)。

在激活了自動(dòng)換端到本操作臺(tái)司機(jī)鑰匙拔出，再到另外一個(gè)操作臺(tái)被占用這段時(shí)間內(nèi)，所有的微機(jī)顯示屏均顯示“自動(dòng)換端正在進(jìn)行”。如果在自動(dòng)換端有效時(shí)間內(nèi)有一端司機(jī)室操作臺(tái)再次被占用，這時(shí)“自動(dòng)換端”程序應(yīng)結(jié)束，并在微機(jī)顯示屏上提示“自動(dòng)換端結(jié)束”，自動(dòng)換端成功;如果在自動(dòng)換端有效時(shí)間內(nèi)沒(méi)有操作臺(tái)被再次占用，所有空氣壓縮機(jī)等輔機(jī)停止工作，高速斷路器斷開(kāi)，同時(shí)降下受電弓，然后“自動(dòng)換端”程序結(jié)束，在此過(guò)程中微機(jī)顯示屏上顯示“自動(dòng)換端超時(shí)故障”，自動(dòng)換端失敗;如果自動(dòng)換端程序沒(méi)有被成功激活，則微機(jī)顯示屏上顯示“自動(dòng)換端條件不滿足，激活失敗”，自動(dòng)換端不成功。

2? ? 自動(dòng)換端不成功的原因分析

目前工程車自動(dòng)換端條件之一是必須施加停放制動(dòng)，但根據(jù)調(diào)試人員和客戶反饋，當(dāng)制動(dòng)缸壓力達(dá)到450 kPa時(shí)，停放制動(dòng)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作并給出停放緩解信號(hào)，如圖1所示，導(dǎo)致自動(dòng)換端失敗。工程車停放制動(dòng)控制原理如圖2所示，制動(dòng)缸壓力和停放總風(fēng)壓力通過(guò)比較閥、停放塞門(mén)進(jìn)入停放缸，這種防止停放制動(dòng)力和制動(dòng)缸壓力同時(shí)疊加的設(shè)計(jì)原理，當(dāng)制動(dòng)缸壓力上升到一定值后存在緩解停放制動(dòng)的可能性，影響自動(dòng)換端。

地鐵工程車自動(dòng)換端時(shí)，司乘人員需按壓操作臺(tái)停放施加按鈕，雙脈沖電磁閥動(dòng)作，停放缸壓力通過(guò)停放塞門(mén)和比較閥排向大氣。如果停放缸壓力降至400 kPa以下，停放壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，停放制動(dòng)施加并將信號(hào)傳給工程車中央控制單元。同時(shí)大閘置重聯(lián)位、小閘置運(yùn)轉(zhuǎn)、鑰匙開(kāi)關(guān)斷掉制動(dòng)控制器的電源，制動(dòng)柜內(nèi)部所有電磁閥均失電，制動(dòng)電磁閥因失電將均衡風(fēng)缸壓力按常用制動(dòng)速率排向大氣[3-4]。由于均衡風(fēng)缸壓力變化，中繼閥被帶動(dòng)動(dòng)作，保證列車管壓力跟均衡壓力保持一致（相差不超過(guò)10 kPa），如圖3所示。當(dāng)列車管壓力降至260 kPa以下時(shí)，分配閥增壓部閥口在壓力差作用下被打開(kāi)[5]，總風(fēng)經(jīng)閥口向容積室充風(fēng)，制動(dòng)缸壓力最終上升至（450±20）kPa，并通過(guò)比較閥進(jìn)入停放缸，停放壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸出高電平緩解信號(hào)給工程車I/O模塊。如果在制動(dòng)缸壓力上升到450 kPa之前和自動(dòng)換端有效時(shí)間內(nèi)完成換端所有程序和操作，那么自動(dòng)換端成功;否則，自動(dòng)換端失敗。

3? ? 自動(dòng)換端改進(jìn)方案

由于地鐵工程車停放控制原理采用制動(dòng)缸壓力與停放總風(fēng)壓力比較后進(jìn)入停放缸，這種控制方式存在制動(dòng)缸壓力上升后緩解停放制動(dòng)的問(wèn)題。為解決調(diào)試和運(yùn)用過(guò)程中出現(xiàn)的自動(dòng)換端不成功問(wèn)題，可以采用調(diào)高停放壓力開(kāi)關(guān)整定值的應(yīng)急措施，但其存在以下問(wèn)題：一是停放壓力開(kāi)關(guān)的整定值會(huì)隨環(huán)境、使用時(shí)間發(fā)生變化，需定期進(jìn)行整定壓力值的校準(zhǔn);二是當(dāng)停放缸的風(fēng)壓達(dá)到450 kPa時(shí)，停放缸實(shí)際已經(jīng)完全緩解，但由于停放壓力開(kāi)關(guān)沒(méi)有動(dòng)作，給出的信號(hào)還是停放施加信號(hào)，所以工程車I/O模塊監(jiān)控的停放狀態(tài)跟實(shí)際狀況并不吻合。因此，既要考慮安全停車，尤其是在坡道上安全停車，又要能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換端，本文提出了一種改進(jìn)的工程車自動(dòng)換端方案。

改進(jìn)后的自動(dòng)換端條件取消“施加了停放制動(dòng)”，并將“制動(dòng)缸壓力大于360 kPa”作為自動(dòng)換端的條件之一。單臺(tái)地鐵工程車共有8個(gè)單元制動(dòng)器，其中4個(gè)帶停放制動(dòng)功能，4個(gè)不帶停放功能。經(jīng)計(jì)算分析，當(dāng)制動(dòng)缸壓力達(dá)到360 kPa左右時(shí)，8個(gè)制動(dòng)缸產(chǎn)生的總制動(dòng)力約為63 000 N，4個(gè)停放缸施加的停放制動(dòng)力約為34 000 N。即使在停放制動(dòng)完全緩解的狀態(tài)下，只要制動(dòng)缸壓力達(dá)到360 kPa，也能夠滿足平直軌道和單機(jī)40‰坡道上安全停車，因此將制動(dòng)缸壓力大于360 kPa作為自動(dòng)換端條件更加安全和可靠。

地鐵工程車電空制動(dòng)機(jī)制動(dòng)缸模塊控制原理如圖4所示，壓力傳感器可以對(duì)制動(dòng)缸壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集[6]，且采集的壓力信號(hào)通過(guò)硬線傳給工程車I/O模塊，如圖5所示。I/O模塊只需將傳感器采集的制動(dòng)缸壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的壓力值并作為自動(dòng)換端的條件之一，即可保證自動(dòng)換端，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換端不受停放制動(dòng)影響。

改進(jìn)后的自動(dòng)換端需同時(shí)滿足以下3個(gè)條件：

（1）司控器在“零”位，同時(shí)模式選擇開(kāi)關(guān)在“零”位，即無(wú)方向選擇信號(hào);

（2）機(jī)車處于靜止?fàn)顟B(tài);

（3）制動(dòng)缸壓力大于360 kPa。

4? ? 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

改進(jìn)后的自動(dòng)換端方案已在工程車上完成試驗(yàn)驗(yàn)證，能夠解決現(xiàn)有的工程車自動(dòng)換端不成功的問(wèn)題，而且實(shí)現(xiàn)了停放緩解狀態(tài)下的自動(dòng)換端功能。改進(jìn)方案跟目前電力機(jī)車自動(dòng)換端條件相似[7]，電力機(jī)車是制動(dòng)控制單元采集制動(dòng)缸壓力傳感器信號(hào)判斷制動(dòng)機(jī)已施加制動(dòng)，并將制動(dòng)機(jī)制動(dòng)信號(hào)發(fā)送給機(jī)車中央控制單元作為自動(dòng)換端的條件之一，工程車是I/O模塊通過(guò)傳感器直接采集制動(dòng)缸壓力值，并將其大于360 kPa作為自動(dòng)換端條件之一，因此改進(jìn)后的自動(dòng)換端方案是一種成熟和可靠的方案。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)地鐵工程車使用過(guò)程中自動(dòng)換端不成功問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的自動(dòng)換端方案。改進(jìn)方案是工程車I/O模塊通過(guò)采集制動(dòng)缸壓力傳感器的壓力信號(hào)作為自動(dòng)換端的條件之一，相比改進(jìn)前的自動(dòng)換端條件，壓力傳感器的穩(wěn)定性和可靠性比壓力開(kāi)關(guān)更高，同時(shí)又避免了停放制動(dòng)對(duì)自動(dòng)換端的影響。

綜上所述，改進(jìn)后的地鐵工程車自動(dòng)換端方案相比改進(jìn)前，換端操作步驟不變，能夠在現(xiàn)有的地鐵工程車上廣泛應(yīng)用，既不影響工程車制動(dòng)系統(tǒng)的安全性，又實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)換端。

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收稿日期：2022-01-20

作者簡(jiǎn)介：鄧宗群（1984—），男，湖南人，碩士研究生，工程師，研究方向：軌道交通。